Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 8
1.1 Теоретические основы получения продуктов здорового питания 8
1.2 Перспективные направления развития производства биологически активных добавок и функциональных продуктов питания 16
1.3 Использование нетрадиционных видов растительного сырья для производства БАД 27
1.4 Ботаническая характеристика бахчевой культуры - арбуз 36
1.5 Современное состояние использования продуктов переработки плодов арбуза 39
1.6 Особенности измельчения ресурсов вторичного происхождения 45
2 Методическая часть 50
2.1 Схема постановки исследования
2.2 Методики исследования основных показателей качества растительного сырья, используемого для производства биологически активных добавок, и оценки потребительских свойств БАД 54
3 Экспериментальная часть 61
3.1 Экспериментальное обоснование выбора вторичного растительного сырья для создания БАД 61
3.1.1 Исследование химического состава семян и выжимок арбуза 61
3.1.2 Исследование показателей безопасности семян и выжимок арбуза 70
3.2 Разработка технологических режимов получения биологически активной добавки из семян и выжимок арбуза 73
4 Исследование потребительских свойств бад «арбуз» 82
4.1 Исследование органолептических и физико-химических
показателей БАД «Арбуз» о^
4.2 Исследование показателей безопасности БАД «Арбуз» 84
4.3 Исследование пищевой ценности БАД «Арбуз» 86
4.4 Исследование медико-биологических показателей БАД
«Арбуз» 88
4.5 Изменение потребительских свойств в процессе хранения БАД
«Арбуз» 94
5 Оценка экономической эффективности
Разработанных технологических решений 100
Выводы и рекомендации 103
Список использованных источников
- Перспективные направления развития производства биологически активных добавок и функциональных продуктов питания
- Методики исследования основных показателей качества растительного сырья, используемого для производства биологически активных добавок, и оценки потребительских свойств БАД
- Исследование показателей безопасности семян и выжимок арбуза
- Исследование пищевой ценности БАД «Арбуз»
Введение к работе
Одним из приоритетных направлений Государственной политики России является формирование системы здорового питания, для реализации которой эффективным приемом является разработка и применение биологически активных добавок.
Использование биологически активных добавок (БАД) позволяет комплексно решать существующую проблему, а именно, расширения ассортимента традиционных продуктов питания, обладающих функциональными свойствами.
В качестве перспективных источников для создания биологически активных добавок, содержащих в своем составе физиологически функциональные ингредиенты, целесообразно использовать вторичные ресурсы растительного происхождения, из которых большой интерес представляют семена и выжимки арбуза, получаемые при промышленной переработке плодов арбуза.
Учитывая изложенное, актуальной является разработка технологии и оценка потребительских свойств биологически активной добавки (БАД) на основе вторичного растительного сырья - семян и выжимок арбуза.
Целью работы являлась разработка технологии и оценка потребительских свойств биологически активной добавки из семян и выжимок арбуза, отвечающей современным требованиям науки о питании.
В связи с этим основными задачами исследования являются:
анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
- исследование особенностей состава и свойств семян и выжимок арбуза для обоснования возможности их использования в качестве сырья для получения БАД;
5 - выявление влияния метода механического воздействия на
потребительские свойства БАД из семян и выжимок арбуза;
- разработка технологических режимов обработки семян и выжимок
арбуза для получения комплексной БАД;
- проведение комплексной оценки органолептических, физико-
химических показателей и показателей безопасности, а также пищевой
ценности разработанной БАД;
анализ изменения потребительских свойств БАД «Арбуз» в процессе хранения;
- разработка комплекта технической документации на БАД «Арбуз»,
включающего технические условия, технологический регламент и
технологическую инструкцию;
оценка экономической эффективности разработанных технологических решений.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и эффективность применения семян и выжимок арбуза, а также их композиционной смеси в качестве сырья для получения БАД, содержащей комплекс физиологически функциональных компонентов.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения метода механохимической активации при переработке композиционной смеси из семян и выжимок арбуза с получением комплексной БАД, обладающей высокими потребительскими свойствами и пищевой ценностью.
Показано, что измельчение композиционной смеси из семян и выжимок арбуза в роторно-валковом дезинтеграторе обеспечивает получение БАД с высокой степенью дисперсности и растворимостью в воде.
Впервые установлено, что БАД, полученная на основе композиционной смеси из семян и выжимок арбуза, обладает антиоксидантными, гипохолестеринимическими и гепатопротекторными свойствами.
Новизна разработанных технологических решений подтверждена 1 патентом и 2 решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.
Практическая значимость:
разработаны технологическая схема и технологические режимы получения БАД из композиционной смеси семян и выжимок арбуза с применением роторно-валкового дезинтегратора;
разработан комплект технической документации на БАД «Арбуз», включающий технические условия, технологический регламент и технологическую инструкцию, в том числе рекомендации по хранению, обеспечивающие безопасность и максимальное сохранение потребительских свойств БАД;
- подготовлены рекомендации по применению комплексной БАД
«Арбуз» для производства хлебобулочных изделий.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:
анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
обоснование выбора в качестве сырья для получения БАД вторичного растительного сырья - семян и выжимок арбуза;
- результаты влияния метода механохимической активации на
потребительские свойства БАД на основе композиционной смеси семян и
выжимок арбуза;
- разработанные технология и режимы получения БАД на основе
композиционной смеси семян и выжимок арбуза;
- результаты исследования органолептических, физико-химических,
микробиологических показателей и показателей безопасности разработанной БАД «Арбуз»;
- результаты медико-биологических исследований свойств БАД
«Арбуз»;
результаты оценки потребительских и функциональных свойств БАД «Арбуз» в процессе хранения;
комплект технической документации на БАД «Арбуз», включающий технологический регламент, технические условия и технологическую инструкцию;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения
разработанных технологических решений.
Перспективные направления развития производства биологически активных добавок и функциональных продуктов питания
Важное значение в решении проблемы создания здорового питания населения отводится вопросам качества и функциональным свойствам пищевых продуктов.
Концепция функционального питания получила развитие в начале 1980-х гг. В Японии, где большую популярность приобрели продукты питания, приносящие пользу здоровью человека, повышающие его сопротивляемость заболеваниям, позволяя ему долгое время сохранять активный образ жизни [4,5].
В Европе концепция функционального питания начала разрабатываться с середины 90-х годов. Основные ее положения были представлены в документе «Научная концепция функциональных продуктов питания в Европе» (Scientific Concepts of Functional Food in Europe), в котором отмечалось, что продукты питания могут быть отнесены к функциональным только при возможности демонстрации их позитивного эффекта на ту или иную функцию макроорганизма, помимо традиционных питательных эффектов [2].
Зарубежные ученые и эксперты в области пищевой технологии отметили, что наиболее перспективными направлениями разработки продуктов функционального питания являются: использование живых микроорганизмов (Knorr P., Salminen I.), пищевых биологически активных белков (Korhonen L.), минералов (Watzke R.), углеводов (Voragen Y.), сывороточных белков и антиоксидантов растительного происхождения (Diplock А.Т., Brock F.) [2,22].
В России термин «функциональное питание» длительное время не использовался, и вошел в широкое обращение только в 1993 году. Позднее, в 1998 году Правительством страны было принято постановление № 917 «О
Концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ», в котором подчеркивалась необходимость разработки и внедрения комплексных программ, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения в рациональном питании [13].
В настоящее время подходы к функциональному питанию неоднозначны. Так, по мнению ряда российских ученых и исследователей, продукт может быть отнесен к категории функционального питания, если он обладает способностью улучшать состав нормальной микрофлоры человека. Европейские исследователи, напротив, полагают, что главной характеристикой продуктов функционального питания является их позитивный эффект на физиологические функции и биохимические реакции, связанные прежде всего с органами и тканями макроорганизма, вне зависимости от их воздействия на макробиоценозы пищеварительного тракта [5,6].
В законе ЕС о пищевых продуктах дано следующее определение функциональным пищевым продуктам: «Функциональные пищевые продукты - любой модифицированный пищевой продукт или пищевой ингредиент, который может оказывать благотворное влияние на здоровье человека помимо влияния традиционных питательных веществ, которые он содержит» [6].
По мнению российских исследователей к категории функциональных пищевых продуктов относятся: - продукты питания, естественно содержащие требуемые количества функционального ингредиента или их группы; - натуральные пищевые продукты, дополнительно обогащенные каким-либо функциональным ингредиентом или их группой; - натуральные пищевые продукты, из которых удален компонент, препятствующий проявлению физиологической активности присутствующих в них функциональных ингредиентов; - натуральные пищевые продукты, в которых исходные потенциальные функциональные ингредиенты модифицированы таким образом, что они начинают проявлять свою физиологическую активность или эта активность усиливается; - натуральные пищевые продукты, в которых в результате тех или иных модификаций биоусвояемость входящих в них функциональных ингредиентов увеличивается; - натуральные пищевые продукты, которые в результате применения комбинации специальных технологических приемов, приобретают способность сохранять и улучшать физическое и психическое здоровье человека и/или снижать риск возникновения заболеваний [5,6,25].
В настоящее время доля функциональных продуктов питания в мире в общем объеме пищевой продукции составляет 1-3%.
Принципиальным различием между функциональными пищевыми продуктами и биологически активными добавками к пище является лишь форма, в которой недостающие функциональные ингредиенты доставляются в организм человека. Если они применяются в виде препарата или добавки, схожей с лекарством (таблетки, капсулы, порошки и т. д.), то следует говорить о БАД.
По существующей терминологии, указанной в Законе РФ «О качестве и безопасности пищевых продуктов», «биологически активные добавки - это природные (идентичные природным) биологически активные вещества, предназначенные для употребления одновременно с пищей или введения в состав пищевых продуктов» [7].
Методики исследования основных показателей качества растительного сырья, используемого для производства биологически активных добавок, и оценки потребительских свойств БАД
Массовую долю крахмала определяли хроматографическим методом. Для этого осадок, оставшийся после экстракции моно- и дисахаридов, подвергали гидролизу раствором 10%-ной соляной кислоты в течение 1ч при 100С, после чего гидролизат охлаждали и нейтрализовали гидроксидом натрия. Полученный раствор очищали на колонках с анионитом и катионитом, а затем анализировали на хроматографе. Массовую долю крахмала рассчитывали по количеству глюкозы, используя коэффициент 0,9. Для определения массовой доли клетчатки использовали метод, основанный на гидролизе легкорастворимых углеводов смесью концентрированных кислот, состоящей из 10 объемов 80%-ной уксусной кислоты и 1 объема 80%-ной азотной кислоты из расчета 1:17 к сухому продукту. Навеску продукта помещали в круглую колбу с обратным холодильником и добавляли смесь, состоящую из уксусной кислоты в расчетном количестве. После кипячения в течение 30 минут, пробы фильтровали через предварительно высушенные и взвешенные стеклянные фильтры. Промывание осадка осуществляли последовательно горячей смесью кислот, кипящей водой, горячим этиловым спиртом и большим количеством серного эфира для удаления липидов. После вторичной промывки смесью кислот и горячей водой фильтр высушивали и взвешивали [168].
Массовую долю общей и нерастворимой в соляной кислоте золы определяли по методике, предусматривающей прокаливание навески исследуемого образца и последующую обработку соляной кислотой и без нее [169].
Массовую долю белка определяли по количеству азота на приборе «Кьель-Фос-Автоматик», который в автоматическом режиме осуществляет базовую методику Кьельдаля [170].
Сущность метода сводится к нагреванию навески продукта в специальной тугоплавкой колбе с концентрированной серной кислотой при слабом кипячении, при этом углерод и водород органических соединений полностью окисляются до СОг и НгО кислородом, образующимся в результате разложения серного ангидрида, при этом азот, освобождаемый в виде аммиака, дает с серной кислотой сульфат аммония.
Для выделения аммиака сульфат аммония разлагают концентрированным гидроксидом натрия.
В соответствии с ГОСТ 25011 проводится сжигание навески исследуемого образца в кислоте, охлаждение пробы, разбавление дистиллированной водой, нейтрализация кислоты и отгонка аммиака с последующим титрованием кислотой его водного раствора.
По автоматически фиксированному количеству кислоты, пошедшей на титрование, микропроцессор прибора осуществляет пересчет массовой доли белка. Результаты измерений высвечиваются на дисплее. Каждый раз перед началом работы па приборе осуществлялась его калибровка, предусматривающая сжигание 10 см 3%-ного раствора сульфата аммония в 25 см концентрированной серной кислоты в присутствии трех таблеток ртутного катализатора. Последующее проведение анализов предусматривало тщательную гомогенизацию образцов, взвешивание их на беззольной бумаге (масса навески 50 мг) с точностью до 2-Ю"4 г, заворачивание навески в эту бумагу и опускание образца в одну из шести колб, размещенных в «стартовой» зоне прибора, после чего результат выдавался на цифровом дисплее [170].
Определение массовой доли витаминов в семенах и выжимках арбуза осуществляли колориметрическим и титрометрическим методами, а также методом инверсионной вольтамперометрии.
Содержание витамина С определяли методом титрования раствором 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия (метод определения аскорбиновой кислоты основан на ее редуцирующих свойствах), 2,6- дихлорфенолиндофенолят натрия восстанавливается в бесцветное соединение экстрактом продукта, содержащим аскорбиновую кислоту. Индофенольный реактив в применяемых условиях имеет синюю окраску. Титрование вели в сильнокислой среде (рН 2,5), так как в этих условиях 2,6-дихлорфенолиндофенолят натрия является более специфическим окислителем и меньше редуцируется посторонними веществами [171].
Содержание витамина РР (ниацина) определяли по ГОСТ 30627.4-98. Витамин РР в продуктах питания находится в форме никотиновой кислоты и ее амида. Учитывая, что никотинамид и никотиновая кислота входят в состав ферментов, для количественного определения витамина РР необходимо выделить никотиновую кислоту в свободной форме. Для проведения кислотного гидролиза навеску испытуемого образца нагревали на кипящей водяной бане с раствором серной кислоты концентрацией 2 моль/дм3, при этом происходит разрушение связанных форм ниацина и превращение никотинамида в свободную никотиновую кислоту. Следующий этап анализа - цветная реакция Кенинга, протекающая в 2 стадии: 1-я взаимодействие пиримидинового кольца никотиновой кислоты с бромистым роданом, 2-я -образование окрашенного производного глютакогового альдегида. Оптическую плотность полученного раствора измеряли колориметрически со светофильтром, максимум светопропускания которого находится в области 400-425 нм. Интенсивность окраски прямо пропорциональна содержанию никотиновой кислоты [172].
Исследование показателей безопасности семян и выжимок арбуза
Известно, что влажность семян арбуза после выделения их из плода составляет 48-52%, а влажность выжимок после отделения сока составляет около 40%.
Компоненты с такой высокой влажностью не могут использоваться в производстве БАД с длительным сроком хранения, поэтому для эффективного применения семян и выжимок арбуза с учетом их состава и свойств, необходимо разработать определенные условия их подготовки, и, в первую очередь, выбрать режимы сушки, позволяющие снизить влажность до 6-7%, оптимальной для измельчения в РВД, максимально сохранив при этом без изменений и количественно комплекс физиологически ценных пищевых ингредиентов.
В традиционной комплексной схеме переработки арбузов, предложенной Г.И.Касьяновым и А.А.Гиш, предусматривается сушка семян арбуза на солнце в течение двух суток или в установке с принудительной подачей воздуха при температуре 40-50С в течение 5-6 часов до влажности 9-10% [120]. Однако, такая обработка не позволяет получать семена с оптимальной для измельчения влажностью и с низким содержанием продуктов окисления.
Учитывая это, экспериментально устанавливали влияние сушки инфракрасными лучами, а также сушки токами высокой и сверхвысокой частоты на окислительные процессы в липидном комплексе семян арбуза Поскольку в семенах арбуза массовая доля липидов высока, целесообразно оценивать эффективность процесса сушки по изменению показателей гидролитической и окислительной порчи липидов в семенах в зависимости от температуры и продолжительности воздействия (таблица 3.13).
Из приведенных данных видно, что сушка семян токами сверхвысокой частоты вызывает в них активирование гидролитических процессов (кислотное число масла увеличивается), а также происходит накопление первичных и вторичных продуктов окисления. Наилучшие показатели по сравнению с традиционным способом наблюдаются при обработке семян инфракрасными лучами.
Таким образом, в результате исследований было установлено, что наиболее оптимальным способом сушки для семян арбуза является сушка инфракрасными лучами.
Для сушки выжимок арбуза нами был выбран сушильно-дробильный агрегат, применяемый в молочном производстве, состоящий из сушилки и дробилки, соединенный шнеками.
Учитывая, что БАД на основе композиционной смеси семян и выжимок арбуза будет применяться для непосредственного употребления в пищу, а также для создания пищевых продуктов функционального назначения, необходимо было получить её в виде тонкодисперсного порошка, имеющего высокие органолептические и физико-химические показатели, а также хорошую растворимость в воде
Известно, что одним из эффективных способов переработки растительного сырья с целью получения биологически активных добавок является его обработка в механохимическом активаторе специальной конструкции. С этой целью применяли роторно-валковый дезинтегратор вертикального типа, позволяющий создавать в зоне контакта рабочих элементов давление 5-15 МПа с частотой механохимической обработки 66,7 Гц, кратной количеству рабочих элементов, и частотой вращения ротора 16,6с"
Предварительные исследования показали, что наиболее оптимальными режимами получения БАД из семян и выжимок арбуза являются: температура 25 С и давление в зоне контакта рабочих элементов 10 МПа.
Для достижения оптимальной степени измельчения, а также получения необходимых органолептических показателей разработанной БАД с устранением горького и терпкого вкуса, свойственного семенам, в также неприятного запаха, соотношение в композиционной смеси из семян и выжимок арбуза варьировали в пределах 1:1-s-l :3.
Эффективность механического воздействия на композиционную смесь семян и выжимок арбуза оценивали по степени измельчения, которую устанавливали по гранулометрическому составу (таблица 3.14).
Исследование пищевой ценности БАД «Арбуз»
Комплексное влияние входящих в состав БАД «Арбуз» физиологически функциональных ингредиентов обусловливает ее гепатопротекторные и гипохолестеринимические свойства. Данные, характеризующие гепатопротекторные свойства БАД «Арбуз», приведены на рисунке 4.2 в виде диаграмм. Из представленных данных следует, что животные экспериментальной группы имели достоверно меньшую относительную массу печени и более низкое содержание липидов в печени, что может рассматриваться, как повышение метаболической активности органа, за счет гепатопротекторных свойств БАД «Арбуз».
На рисунке 4.3 приведены данные, характеризующие влияние исследуемой БАД на обмен холестерина.
Из приведенных диаграмм видно, что включение в рацион разработанной биологически активной добавки приводит к снижению холестерина в сыворотке крови и тенденции к снижению его в печени крыс.
Это объясняется тем, что в составе БАД содержится большое количество пищевых волокон и полиненасыщенных жирных кислот, обладающих гипохолестеринимическим эффектом.
Таким образом, проведенные исследования показали, что разработанная БАД «Арбуз» на основе композиционной смеси семян и выжимок арбуза обладает выраженной физиологической активностью и может быть использована для профилактического питания, а также для создания функциональных пищевых продуктов.
Разработанную БАД «Арбуз» расфасовывали в потребительскую упаковку - баночки из полимерного материала массой 300 г, а для технологических целей - в бумажные мешки массой 10 кг для выявления сроков и условий безопасного хранения. Хранение осуществляли при температуре 18±3С и относительной влажности воздуха не более 75% в течение 12 месяцев (рисунки 4.4 и 4.5).
Поскольку БАД содержит в свое составе значительное количество липидов и витамина С, устойчивость при хранении устанавливали по изменению перекисного числа и аскорбиновой кислоты.
Показано, что перекисное число липидов, выделенных из БАД «Арбуз», расфасованной в потребительскую упаковку, в течение 6 месяцев хранения, и перекисное число липидов, выделенных из БАД «Арбуз», расфасованной в технологическую упаковку, в течение 3 месяцев хранения не превышает 5 ммоль Vi О/кг, что соответствует требованиям международных стандартов.
Показано, что потери витамина С в БАД «Арбуз», расфасованной в потребительскую упаковку, в течение 6 месяцев хранения и потери витамина С в БАД «Арбуз», расфасованной в технологическую упаковку, в течение 3 месяцев хранения составляют 5-6%.
Важным показателем пищевых продуктов, в частности, биологически активных добавок, является их устойчивость к микробиологической порче в процессе хранения.
Учитывая это, на следующем этапе исследования определяли интенсивность развития мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, а также бактерий группы кишечной палочки и патогенных микроорганизмов. Данные, полученные в ходе исследования, приведены на рисунках 4.6 и 4.7. Следует отметить, что в БАД «Арбуз» в процессе всего срока хранения бактерии группы кишечной палочки и патогенные микроорганизмы не обнаружены, а содержание мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов значительно ниже допустимой нормы.
На основании проведенных исследований разработан комплект технической документации на БАД «Арбуз», включающий технические условия, технологический регламент и технологическую инструкцию, а также подготовлены рекомендации по применению БАД «Арбуз» в производстве хлебобулочных изделий (Приложения 1-3).
Технология получения БАД «Арбуз» принята к внедрению в IV квартале 2006 года в условиях научно-производственной фирмы «Росма-плюс» (Приложение 4).
